JP5421826B2 - Low temperature liquefied gas pump - Google Patents
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Description
本発明は、低温液化ガスポンプに関し、詳しくは、液体酸素、液体窒素、液体アルゴン、液化天然ガスなどの低温液化ガスを昇圧したり、圧送したりするために用いられる低温液化ガスポンプに関する。 The present invention relates to a low-temperature liquefied gas pump, and more particularly to a low-temperature liquefied gas pump used for increasing or pumping a low-temperature liquefied gas such as liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon, or liquefied natural gas.
液体酸素や液体窒素などの低温液化ガスを昇圧したりするための低温液化ガスポンプとして、低温液化ガスの漏れを生じないマグネットポンプを利用したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a low-temperature liquefied gas pump for boosting a low-temperature liquefied gas such as liquid oxygen or liquid nitrogen, a pump using a magnet pump that does not cause leakage of the low-temperature liquefied gas is known (for example, see Patent Document 1). .
−160〜−196℃程度の低温液化ガスを扱う低温液化ガスポンプの場合、ポンプの組み立てやメンテナンスは常温で行う必要があり、低温液化ガスを扱っているときとの温度差が200℃以上になることがあるため、熱膨張係数の異なる構成部品を採用した場合でも、ポンプ主軸、転がり軸受、軸受ホルダ、ホルダ装着部及びポンプケーシングの各軸線が温度変化に関係なく同一直線上にあることが求められている。また、低温収縮が大きい構成部品が他の構成部品を締め付けたりすることも避けなければならない。 In the case of a low-temperature liquefied gas pump that handles a low-temperature liquefied gas of about −160 to −196 ° C., assembly and maintenance of the pump must be performed at room temperature, and the temperature difference from when the low-temperature liquefied gas is handled is 200 ° C. or more. Therefore, even when components with different thermal expansion coefficients are used, the pump spindle, rolling bearing, bearing holder, holder mounting part, and pump casing axes must be on the same straight line regardless of temperature changes. It has been. Also, it must be avoided that a component having a large low temperature shrinkage tightens another component.
そこで本発明は、ポンプ主軸、転がり軸受などの軸線を確実かつ容易に同一直線上に配置することができる低温液化ガスポンプを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a low-temperature liquefied gas pump in which axes such as a pump main shaft and a rolling bearing can be reliably and easily arranged on the same straight line.
上記目的を達成するため、本発明の低温液化ガスポンプは、ポンプケーシングの内部に一対の転がり軸受を介してインデューサ及びインペラを備えたポンプ主軸を回転可能に支持し、前記ポンプ主軸が回転することにより、ポンプケーシングの液入口からインデューサに吸入した低温液化ガスを前記インペラで昇圧してポンプケーシングの液出口から吐出する低温液化ガスポンプにおいて、駆動源の回転を前記ポンプ主軸に伝達するマグネットカップリングと、前記一対の転がり軸受をそれぞれ保持する一対の軸受ホルダとを備えるとともに、前記ポンプケーシングには、前記軸受ホルダを装着する一対のホルダ装着部が設けられ、該ホルダ装着部と軸受ホルダとは、前記ポンプ主軸と前記ポンプケーシングとが同軸となる位置に位置決めされた状態で調芯ピンを挿入するためのピン孔が形成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the low-temperature liquefied gas pump of the present invention rotatably supports a pump main shaft provided with an inducer and an impeller via a pair of rolling bearings inside the pump casing, and the pump main shaft rotates. In the low-temperature liquefied gas pump that discharges the low-temperature liquefied gas sucked into the inducer from the liquid inlet of the pump casing by the impeller and discharges it from the liquid outlet of the pump casing, the magnet coupling that transmits the rotation of the drive source to the pump main shaft And a pair of bearing holders for holding the pair of rolling bearings, respectively, and the pump casing is provided with a pair of holder mounting portions for mounting the bearing holders. The pump main shaft and the pump casing are positioned at a coaxial position. It is characterized in that the pin hole for inserting the alignment pin when is formed the.
さらに、本発明の低温液化ガスポンプは、前記インペラは、前記インデューサ側に配置される第1段インペラと、前記マグネットカップリング側に配置される第2段インペラとの2段インペラであって、前記一対の転がり軸受は、第1段インペラと第2段インペラとの間に配置された第1転がり軸受と、第2段インペラとマグネットカップリングとの間に配置された第2転がり軸受とであって、第2段インペラ側の低温液化ガスを、第2段インペラと第1転がり軸受との間のポンプ主軸とポンプケーシングとをシールするラビリンスシールを通して第1転がり軸受の潤滑用に供給して第1転がり軸受から第1段インペラ側に放出する潤滑用液化ガス通路を備えていることを特徴としている。 Furthermore, in the low-temperature liquefied gas pump of the present invention, the impeller is a two-stage impeller including a first-stage impeller disposed on the inducer side and a second-stage impeller disposed on the magnet coupling side, The pair of rolling bearings includes a first rolling bearing disposed between the first stage impeller and the second stage impeller, and a second rolling bearing disposed between the second stage impeller and the magnet coupling. The low-temperature liquefied gas on the second stage impeller side is supplied for lubrication of the first rolling bearing through a labyrinth seal that seals the pump main shaft and the pump casing between the second stage impeller and the first rolling bearing. A liquefied gas passage for lubrication discharged from the first rolling bearing to the first stage impeller side is provided.
また、前記ホルダ装着部は、前記軸受ホルダを収容するホルダ収容凹部であって、該ホルダ収容凹部の内面と前記軸受ホルダの外面との間に、熱伸縮吸収用の隙間が設けられていることを特徴としている。 Further, the holder mounting portion is a holder accommodating recess for accommodating the bearing holder, and a gap for absorbing thermal expansion and contraction is provided between the inner surface of the holder accommodating recess and the outer surface of the bearing holder. It is characterized by.
本発明の低温液化ガスポンプによれば、ポンプケーシングのホルダ装着部と転がり軸受をそれぞれ保持する軸受ホルダとを調芯ピンによって位置決めすることができるので、各構成部材の軸芯を確実にそろえることができる。また、潤滑を低温液化ガスで行うので不純物が浸入することはなく、熱伸縮吸収用の隙間を設けておくことにより、大きな温度差にも対応することができる。 According to the low-temperature liquefied gas pump of the present invention, the holder mounting portion of the pump casing and the bearing holder that respectively holds the rolling bearing can be positioned by the alignment pin, so that the shaft core of each constituent member can be surely aligned. it can. Further, since lubrication is performed with a low-temperature liquefied gas, impurities do not enter, and a large temperature difference can be accommodated by providing a gap for absorbing thermal expansion and contraction.
図1に示す低温液化ガスポンプは、2段昇圧式の低温液化ガスポンプであって、ポンプケーシング11の内部に一対の転がり軸受(ベアリング)12,12を介してポンプ主軸13が回転可能に支持されており、該ポンプ主軸13の基端部13aは、マグネットカップリング14を介して駆動源となるモータ15に接続されている。
The low-temperature liquefied gas pump shown in FIG. 1 is a two-stage boosting type low-temperature liquefied gas pump, and a pump
ポンプ主軸13の先端部13bには、インデューサ16及び第1段インペラ17が設けられており、ポンプ主軸13の中間部には第2段インペラ18が設けられている。また、ポンプケーシング11のインデューサ16の先端側には液入口19が設けられ、図示しない吸入管が接続されるとともに、ポンプケーシング11の第2段インペラ18の外周部には液出口20が設けられ、図示しない吐出管が接続される。
An
また、第1段インペラ17の外周部と第2段インペラ18の内周部との間には、第2段インペラ18の外側を迂回した液通路21が設けられ、ポンプ主軸13における第1段インペラ17と第2段インペラ18との間は、僅かな液流れを許容するラビリンスシール22によって軸封されている。
A
第1段インペラ17側の第1の転がり軸受12は第1軸受ホルダ23、マグネットカップリング14側の第2の転がり軸受12は第2軸受ホルダ24によってそれぞれ保持されており、第1段インペラ17側の第1軸受ホルダ23は、ポンプケーシング11の第1段インペラ17側に開口して設けられた第1ホルダ装着部25に装着され、マグネットカップリング14側の第2軸受ホルダ24は、マグネットカップリング14側に開口して設けられた第2ホルダ装着部26に装着されている。
The first rolling bearing 12 on the
図2及び図3に示すように、第1段インペラ17側の第1軸受ホルダ23は、大径円盤部23aの一側に小径円盤部23bを突出した断面凸字型の円盤状に形成されており、この第1軸受ホルダ23を装着するポンプケーシング11の第1ホルダ装着部25は、大径円盤部23aの外径より僅かに大きな内径を有する大径円盤部収容凹部25aと、大径円盤部収容凹部25aより小径で、前記小径円盤部23bの外径より僅かに大きな内径を有する小径円盤部収容凹部25bとを有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
前記第1軸受ホルダ23の内周には、先端側(ホルダ装着部挿入側)にポンプ主軸13の外径より大きな内径を有するポンプ主軸挿通口23cが設けられるとともに、該ポンプ主軸挿通口23cの基端側(第1段インペラ17側)には、段部23dを介してポンプ主軸挿通口23cより大径で、転がり軸受12の外径に対応した内径を有する軸受嵌着凹部23eが設けられている。また、第1軸受ホルダ23の大径円盤部23aには、第1段インペラ17の背面内周部から突出した円筒シール部17aが挿入される環状溝23fが設けられている。通常、円筒シール部17aの外周面にはラビリンス溝が形成されており、ラビリンス溝を形成した円筒シール部17aの外周面と、環状溝23fの大径円盤部23a側内周面との間の隙間には、低温液化ガスをシールするためのラビリンスシールが形成されている。
On the inner periphery of the
前記第1軸受ホルダ23の大径円盤部23aには、複数のボルト挿通孔23gが一つの円周上に等間隔で設けられており、第1ホルダ装着部25の大径円盤部収容凹部25aと小径円盤部収容凹部25bとの間の段部に形成されたホルダ取付面25cには、前記ボルト挿通孔23gに対応した位置に複数の雌ねじ孔25dが設けられている。
The large-
転がり軸受12は、第1軸受ホルダ23の軸受嵌着凹部23eに挿入され、転がり軸受12の外輪先端面を第1軸受ホルダ23の段部23dに当接させた状態で嵌着されて保持される。軸受嵌着凹部23eに転がり軸受12を嵌着した第1軸受ホルダ23は、ポンプケーシング11の第1ホルダ装着部25に挿入され、ポンプ主軸13の軸線と転がり軸受12の軸線とが一致するように位置決めされ、大径円盤部23aのボルト挿通孔23gに挿通した取付ボルト27を、第1ホルダ装着部25のホルダ取付面25cの雌ねじ孔25dにねじ込んで締め付けることにより、第1ホルダ装着部25に装着される。
The rolling
第1軸受ホルダ23を第1ホルダ装着部25の所定位置に装着した状態で、第1軸受ホルダ23の大径円盤部23aの外周面と第1ホルダ装着部25の大径円盤部収容凹部25aの内周面との間、及び、第1軸受ホルダ23の小径円盤部23bの外周面と第1ホルダ装着部25の小径円盤部収容凹部25bの内周面との間には、熱伸縮吸収用の隙間Sがそれぞれ設けられた状態となる。
With the
一方、ポンプ組立時の常温状態で、第1軸受ホルダ23を第1ホルダ装着部25に装着してポンプ主軸13の軸線と転がり軸受12の軸線とが一致するように調整して位置決めし、取付ボルト27により仮固定した状態で、第1軸受ホルダ23の大径円盤部23aから第1ホルダ装着部25のホルダ取付面25cに調芯ピン29を挿入するための複数のピン孔30a,30bをポンプ主軸13の軸線に平行な方向に穿設する。このピン孔30a,30bは、ポンプケーシング11の第1ホルダ装着部25と転がり軸受12を嵌着した第1軸受ホルダ23とを位置決めした状態で形成され、ピン孔30a,30bと調芯ピン29とはほとんど遊びがない状態に設定されるので、ポンプを分解後に組み立てる際に、ホルダ取付面25cに形成したピン孔30bに調芯ピン29の一端を挿入して他端側を突出させた状態で、大径円盤部23aに形成したピン孔30aに、ホルダ取付面25cから突出した調芯ピン29を挿入しながら第1軸受ホルダ23を第1ホルダ装着部25に挿入することにより、第1軸受ホルダ23を第1ホルダ装着部25内の所定位置に確実かつ容易に配置することができる。この後、取付ボルト27を所定の順番で締め付けていくことにより、第1ホルダ装着部25内の所定の位置、すなわち、ポンプ主軸13の軸線と転がり軸受12の軸線とが一致する位置に第1軸受ホルダ23を装着して固定することができる。
On the other hand, the
マグネットカップリング14側の第2軸受ホルダ24及び第2ホルダ装着部26も、前記第1軸受ホルダ23及び第1ホルダ装着部25と略同様に形成されており、同様の手順で第2ホルダ装着部26に第2軸受ホルダ24が固定される。なお、第1軸受部分と同様に、第2軸受ホルダ24を第2ホルダ装着部26の所定位置に装着した状態で、第2軸受ホルダ24の大径円盤部の外周面と第2ホルダ装着部26の大径円盤部収容凹部の内周面との間、及び、第2軸受ホルダ24の小径円盤部の外周面と第2ホルダ装着部26の小径円盤部収容凹部の内周面との間には、前記隙間Sと同じ熱伸縮吸収用の隙間がそれぞれ設けられている。
The
第1段インペラ17側の転がり軸受12は、ポンプ組立後に、内輪に第1段インペラ17の中心部が当接することによって抜け止めされ、マグネットカップリング14側の転がり軸受12は、ポンプケーシング11の外面側に外輪を押さえる固定部材28をボルトにて固定することにより抜け止めされる。なお、図示は省略するが、マグネットカップリング14側の転がり軸受12は、内輪側を軸受用ナットで固定して抜け止めされるようにしてもよい。
After the pump is assembled, the rolling
また、ポンプ主軸13における第1段インペラ17と第2段インペラ18との間を、僅かな液流れを許容するラビリンスシール22によって軸封し、第2段インペラ18側の相対的に高圧の低温液化ガスが、相対的に低圧の第1段インペラ17側に僅かに流れるように形成することにより、第2段インペラ18側からラビリンスシール22の部分、ポンプ主軸挿通口23cの部分を通って転がり軸受12に至り、転がり軸受12から第1段インペラ17に至る潤滑用液化ガス通路を設けることができ、第1段インペラ17側の転がり軸受12の潤滑を低温液化ガスにて行うことができる。同様に、マグネットカップリング14側に設けられた転がり軸受12は、該転がり軸受12の外側に装着されたマグネットカップリング14のキャン14aによって覆われており、第2軸受ホルダ24とポンプ主軸13との間に形成される流路からマグネットカップリング14のキャン14a内に低温液化ガスが流入し、キャン14a内は低温液化ガスで満たされた状態になり、これによって低温液化ガスによる転がり軸受12の潤滑が確保される。
Further, a shaft between the
さらに、第1軸受ホルダ23の外周面と第1ホルダ装着部25の内周面との間、及び、第2軸受ホルダ24の外周面と第2ホルダ装着部26の内周面との間に熱伸縮吸収用の前記隙間Sをそれぞれ設けておくことにより、ポンプケーシング11が温度低下して第1ホルダ装着部25や第2ホルダ装着部26が縮小しても、第1軸受ホルダ23や第2軸受ホルダ24が締め付けられて転がり軸受12の軸が狂うことがなくなる。したがって、温度が異なる低温液化ガスへの変更により、ポンプケーシング11や第1軸受ホルダ23、第2軸受ホルダ24の材質によって収縮量が異なっても、ポンプケーシング11内の所定の位置に一対の転がり軸受12,12を確実に保持することができ、ポンプ主軸13によって第1段インペラ17や第2段インペラ18を安定した回転状態に保つことができる。
Further, between the outer peripheral surface of the
また、マグネットカップリング14を使用して転がり軸受12,12をポンプケーシング11の内部に配置し、ポンプ自身で昇圧する低温液化ガスを転がり軸受の潤滑に用いているので、軸受をポンプケーシング11の外部に設けたものに比べてポンプの小型化を図ることができるとともに、低温液化ガスのリークを完全に防止することができ、潤滑油によって低温液化ガスが汚染されることも防止できる。さらに、保守作業を軽減することができ、保守に要するコストの低減も図ることができる。
Moreover, since the rolling
なお、本発明においては、図4に示すように、第1軸受ホルダ23の軸受嵌着凹部23eの周壁や第2軸受ホルダ24の軸受嵌着凹部の周壁を転がり軸受12の外輪とすることも可能であり、図5に示すように、一段昇圧式の低温液化ガスポンプにも適用することができる。なお、図4及び図5では、前記形態例に示した低温液化ガスポンプの構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
In the present invention, as shown in FIG. 4, the peripheral wall of the
図5に示すような一段昇圧式の低温液化ガスポンプの場合には、図示は省略するが、転がり軸受の潤滑用として第1段インペラ17の吐出口から第1軸受と第2軸受とを連通する隙間に低温液化ガスを供給する通路を設け、転がり軸受12,12の潤滑を低温液化ガスで行うことができる。また、軸受にかかるスラスト力やラジアル力を低減するため、バランスホールやダブルボリュートを採用したり、複数圧縮段の場合に対向型羽根板を採用したりすることができる。
In the case of a one-stage boosting type low temperature liquefied gas pump as shown in FIG. 5, although not shown, the first bearing and the second bearing are communicated from the discharge port of the
さらに、本発明の低温液化ガスポンプが対象とする液化窒素、液化酸素、LNG等は、一般的な潤滑油と比較すると粘度が極端に小さく、例えば、液化酸素、液化窒素の粘度は約0.20cSt(ストークス、沸点)であり、潤滑油として一般的なVG32(32cSt、40℃)の粘度の1/100以下である。潤滑剤の粘度が低いと、潤滑膜形成能力が低くなるため、軸受の負荷能力が低下するので、前述のようにして軸受にかかるスラスト力やラジアル力を低減することでポンプを安定した状態で運転することができる。 Furthermore, liquefied nitrogen, liquefied oxygen, LNG, and the like targeted by the low-temperature liquefied gas pump of the present invention have extremely small viscosities compared to general lubricating oils. For example, the viscosity of liquefied oxygen and liquefied nitrogen is about 0.20 cSt. (Stokes, boiling point), which is 1/100 or less of the viscosity of VG32 (32 cSt, 40 ° C.), which is common as a lubricating oil. If the viscosity of the lubricant is low, the ability to form a lubricating film is reduced, and the load capacity of the bearing is reduced.As described above, the thrust force and radial force applied to the bearing can be reduced to keep the pump stable. You can drive.
また、ポンプケーシングやポンプ主軸、インペラなどの各構成部材は、銅、ステンレス鋼又はアルミニウム合金などの低温用の金属材料で形成することができ、各構成部材の形状は、ポンプ能力などの条件に応じて適宜な形状とすることができる。 Each component such as pump casing, pump main shaft and impeller can be made of low-temperature metal material such as copper, stainless steel or aluminum alloy, and the shape of each component depends on conditions such as pump capacity. According to this, it can be made into an appropriate shape.
11…ポンプケーシング、12…転がり軸受、13…ポンプ主軸、13a…基端部、13b…先端部、14…マグネットカップリング、14a…キャン、15…モータ、16…インデューサ、17…第1段インペラ、17a…円筒シール部、18…第2段インペラ、19…液入口、20…液出口、21…液通路、22…ラビリンスシール、23…第1軸受ホルダ、23a…大径円盤部、23b…小径円盤部、23c…ポンプ主軸挿通口、23d…段部、23e…軸受嵌着凹部、23f…環状溝、23g…ボルト挿通孔、24…第2軸受ホルダ、25…第1ホルダ装着部、25a…大径円盤部収容凹部、25b…小径円盤部収容凹部、25c…ホルダ取付面、25d…雌ねじ孔、26…第2ホルダ装着部、27…取付ボルト、28…固定部材、29…調芯ピン、30a,30b…ピン孔、S…熱伸縮吸収用の隙間
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